微合金化对铸钢组织和力学性能的影响

论文摘要

钢铁生产中微合金化技术的开发和应用是20世纪后期物理和力学冶金的重大进展之一,从20世纪60年代开始,微合金化技术就以其显著的技术、经济优势在世界范围内得到广泛应用。微合金化铸钢是在微合金化钢技术基础上发展起来的。相对于一般工程用铸钢,其特点是具有高的屈服强度,较高的韧性和良好的焊接性能。同时由于微合金化元素加入量少,对铸钢的铸造性能影响很小,同时也可用常规熔炼设备生产,故成本较低。用该材料制造构件可减轻构件重量,提高寿命,维修方便,尤其适合于铸焊复合结构件,可显著节省材料和能源,提高经济和社会效益。微合金化铸钢不同于微合金化控扎钢材和锻钢,不能通过热机械加工变形细化晶粒来强化,只能依靠选择适当的合金成分,控制凝固过程和通过适当的热处理来调整钢的内部组织,提高力学性能,以适应各种不同的需要。本课题是在铸钢ASTM A27 65-35的基础上,通过对单独和复合加入不同量微合金化元素Nb、V、Ti的试件进行力学性能测定,以及用金相显微镜和扫描电镜对试件显微组织进行观察,研究了单独和复合加入不同量微合金化元素Nb、V、Ti对铸钢组织和力学性能的影响。研究表明,Nb、V、Ti的单独加入,细化了铸钢的组织,起到了细晶强化的作用,有效提高铸钢的强度、硬度及塑性。同时由于碳化物的形成,起到了很好的沉淀强化的作用。其中,Nb对铸钢的塑性提高作用较大,V对铸钢的低温冲击功提高较大,Ti的加入使铸钢强度提高作用较大,但使低温冲击功下降较大。复合加入对铸钢力学性能的影响比单独加入大。当铸钢中复合加入Nb、V、Ti三种元素中两种以上时,能显著提高钢的力学性能。复合加入时,Nb、V和V、Ti两种元素的复合加入,对提高铸钢的屈服强度、抗拉强度的效果要好于单独加入。相对于单独加入Ti,Nb、Ti的复合加入效果不明显。其中,Nb、V复合加入在提高铸钢强度的同时,塑性和低温冲击韧性下降较少。V、Ti复合对增加铸钢的抗拉强度效果好于Nb、V和Ti、Nb复合加入。Nb、V、Ti三种元素的复合加入所产生的强韧化作用,是晶粒细化、沉淀强化以及固溶强化等综合作用的结果。研究表明,复合加入合适的微合金化元素后,可使试件的抗拉强度提高22%,屈服强度提高34%,同时保持了原来的塑性和低温冲击韧性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 微合金及微合金化钢的概念
• 1.2 微合金化强韧化理论
• 1.2.1 细晶强化
• 1.2.2 固溶强化
• 1.2.3 沉淀强化
• 1.3 微合金化钢技术的发展
• 1.3.1 我国微合金化技术的发展
• 1.3.2 国外微合金化技术的发展及趋势
• 1.4 微合金化铸钢的发展
• 1.5 本课题选题背景和研究内容
• 1.5.1 本课题提出的背景、意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第2章 试验条件及试验方法
• 2.1 试验用原材料
• 2.2 试验方法及所用试验设备
• 2.2.1 铸钢的熔炼与浇注
• 2.2.2 化学成分分析
• 2.2.3 热处理工艺
• 2.2.4 试样形状、尺寸及造型方法
• 2.2.5 力学性能的测定
• 2.2.6 显微组织观察
• 2.3 本章小结
• 第3章 微合金化元素单独加入对铸钢组织及力学性能的影响
• 3.1 化学成分设计
• 3.1.1 理论成分设计
• 3.1.2 实际测定的成分
• 3.2 微合金化元素NB 对铸钢组织及力学性能的影响
• 3.2.1 微合金化元素Nb 对铸钢力学性能的影响
• 3.2.2 微合金化元素Nb 对铸钢显微组织的影响
• 3.3 微合金化元素V 对铸钢组织及力学性能的影响
• 3.3.1 微合金化元素V 对铸钢力学性能的影响
• 3.3.2 微合金化元素V 对铸钢显微组织的影响
• 3.4 微合金化元素TI 对铸钢组织及力学性能的影响
• 3.4.1 微合金化元素Ti 对铸钢力学性能的影响
• 3.4.2 微合金化元素Ti 对铸钢显微组织的影响
• 3.5 NB、V、TI 单独加入对铸钢力学性能影响的比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 两种微合金化元素复合加入对铸钢力学性能及组织的影响
• 4.1 化学成分设计
• 4.1.1 理论成分设计
• 4.1.2 实际成分的测定
• 4.2 微合金化元素NB、V 复合加入对铸钢组织及力学性能的影响
• 4.2.1 微合金化元素Nb、V 复合加入对铸钢力学性能的影响
• 4.2.2 微合金化元素Nb、V 复合加入对铸钢显微组织的影响
• 4.3 微合金化元素V、TI 复合加入对铸钢组织及力学性能的影响
• 4.3.1 微合金化元素V、Ti 复合加入对铸钢力学性能的影响
• 4.3.2 微合金化元素V、Ti 复合加入对铸钢显微组织的影响
• 4.4 微合金化元素TI、NB 复合加入对铸钢组织及力学性能的影响
• 4.4.1 微合金化元素Ti、Nb 复合加入对铸钢力学性能的影响
• 4.4.2 微合金化元素Ti、Nb 复合加入对铸钢显微组织的影响
• 4.5 NB、V、TI 两两复合加入对铸钢力学性能影响的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 三种微合金化元素复合加入对铸钢组织及力学性能的影响
• 5.1 化学成分设计
• 5.1.1 理论成分设计
• 5.1.2 实际成分的测定
• 5.2 微合金化元素NB、V、TI 复合加入对铸钢组织及力学性能的影响
• 5.2.1 微合金化元素Nb、V、Ti 复合加入对铸钢力学性能的影响
• 5.2.2 微合金化元素Nb、V、Ti 复合加入对铸钢显微组织的影响
• 5.3 微合金化元素单独和复合加入对铸钢力学性能影响的比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢
• 个人简历